Magneettikentästä kiertoon: Artikkeli ymmärtääksesi miksi tasavirtamoottorit pyörivät

Edellisessä artikkelissa meillä on jo ollut alustava käsitys Mikä DC -moottori on, mistä osista sen perusrakenne koostuu, ja sen laajasta sovelluksesta elämässä ja teollisuudessa. Tässä artikkelissa selitämme perusteellisemmin "miksi tasavirtamoottori voi pyöriä ja mikä on sen toimintaperiaate".

 

Tiedämme jo, että tasavirtamoottorin kierto vaatii sähkövirtaa, magneettikenttää ja monimutkaisen kelarakenteen, mutta miten sähkö, magneettisuus ja kelat reagoivat toisiinsa ja mitkä fyysiset lait antavat näennäisesti paikallaan olevan komponentin alkaa kiertää jatkuvasti?

 

Selitämme nämä kysymykset yksi kerrallaan seuraavasta sisällöstä, joten aloitetaan.

 

 

Jotta voimme todella ymmärtää, miksi DC -moottorit voivat pyöriä, meidän on tiedettävä hyvin fysiikan peruslaki -Amperen laki.

 

Sähkömoottorien perusperiaatteet: Amperen voimalaki (f=bil)

Fysiikassa on laki, joka sanoo:

Kun virta kulkee langan läpi ja se on magneettikentällä, magneettikenttä vaikuttaa siihen.

 

Tämän voiman suuruus määritetään seuraavalla kaavalla:

F=b × i × l × sinθ

F: Voima

B: Magneettikentän lujuus

I: Nykyinen voimakkuus

L: Langan pituus

θ: Virran suunnan ja magneettikentän suunnan välinen kulma

Tätä voimaa kutsumme usein "ampeeriksi".

 

Se ei ole salaperäinen, aivan kuten laitat magneetin lähellä johtavaa kelaa, tunnet "työntämisen" tai "vetämisen" voiman, joka on sähkövirran ja magneettikentän välinen vuorovaikutus.

 

Yksinkertaisesti sanottuna: Virta kulkee magneettikentän läpi.

 

Tämä on moottorin perusta.

 

Kuinka DC -moottori muuttaa tämän voiman "jatkuvaksi kiertoksi"?

Aikaisemmin sanoimme, että lanka on voimassa. Mutta moottorissa se ei ole lanka, vaan ryhmä kelakäymiä - kutsumme niitä ankkurikäämeiksi, jotka on asennettu roottoriin, joka voi pyöriä vapaasti.

 

Virta virtaa virtalähteestä kelaan, kela tuottaa voimaa ja roottori alkaa pyöriä. Tässä on kysymys:

Jos voima kohdistetaan vain kerran, roottori pyörii vain kerran ja pysähtyy sitten, eikä voi pyöriä jatkuvasti?

 

Kyllä, niin DC -moottorin sisällä on erittäin tärkeä rakenne - kommutaattori.

 

Tämän pienen komponentin tehtävänä on vaihtaa kelan virran suunta automaattisesti ankkurin pyörimisen aikana. Tämän etuna on, että vaikka virta muuttaa suuntaa, "voiman suunta" magneettikentässä pysyy tasaisena, jolloin roottori voi jatkaa pyörimistä.

 

Voit ajatella kommuttoria kytkimenä, joka "kääntyy jatkuvasti" kierroksen aikana. Se toimii harjojen kanssa pitääksesi aina virtaavan "oikeaan suuntaan" vakaan kiertokyvyn ylläpitämiseksi.

 

 

Syy siihen, miksi tasavirtamoottori voi "liikkua" vakaasti, ei ole vain nykyisen ja magneettikentän, vaan myös sen sisällä olevan tarkkuuskomponenttien koordinoitu työ, mukaan lukien "ankkurikäämi", "kommutaattori" ja "harja". Yksinkertaisemman ymmärryksen vuoksi selitys perustuu harjattuun tasavirtamoottoriin.

 

1. Ankkurikela: virran "rata"

DC -moottorissa ankkurikela (jota kutsutaan myös roottorin käämitykseksi) on ampeervoiman suora kantaja. Kun virta tulee moottoriin ulkoisesta virtalähteestä, voimaa kohdistetaan näiden aukkoihin jakautuneiden kelajen kautta magneettikentässä. Koska kelat jakautuvat symmetrisesti roottoriin, nämä voimat tekevät yhteistyötä keskenään vakaan ja tasapainoisen kiertomomentin (vääntömomentin) muodostamiseksi.

 

Se voidaan ymmärtää seuraavasti:

Jokainen lankaosa on kuin "rata", jossa virta toimii, ja magneettikenttä toimii erotuomarina käyttääkseen "käyttövoimaa". Kun useita käämejä yhdistetään toisiinsa, ne ovat kuin joukkue, juoksevat ympyröinä rytmisesti ja tuottavat lopulta jatkuvan vääntömomentin.

 

Lisäksi mitä enemmän ankkurikeloja on, sitä sileämpi moottori kulkee ja mitä pienempi lähtö vääntömomentin heilahtelu.

 

2. kommuttorit ja harjat: taikuri, joka kääntää virran

Ei riitä, että virran virtaaminen kelan läpi - jotta ankkuri pitää vakion voimassa samaan suuntaan, virran suunta on käännettävä joka puolikään käännös, mikä on kommutaattorin työ.

 

Kommuttori on akseliin kiinnitettyjen kuparilevyjen rakenne, joka pitää kosketuksen staattorin harjojen kanssa. Roottorin pyöriessä harjat liukuvat eri kuparilevyjen yli, aiheuttaen virran "automaattisen käänteen". Siksi lankaan voima pysyy samaan suuntaan myös sen jälkeen, kun kela on kääntynyt puoli kierrosta.

 

Toisin sanoen kommumitsaattori on kuin järjestelmä, joka säätää liikennevaloja automaattisesti varmistaakseen, että nykyinen "virtaa sujuvasti" ja ylläpitää pyörimisrytmiä.

 

Joten miksi harjat ja kommuttorit ovat usein nopeimpia osia?

Koska ne ovat jatkuvan kosketuksen ja kitkan tilassa, ne ovat alttiita kipinöinnille ja lämmitykseen suurilla nopeuksilla ja korkeilla virtauksilla, ja niiden käyttöikä on rajoitettu pitkäaikaisessa toiminnassa. Siksi korkean suorituskyvyn moottoreissa (kuten harjattomat tasavirtamoottorit) ihmiset käyttävät elektronista kommutointia tämän rakenteen osan korvaamiseen.

 

 

DC -moottori ei koske vain "kääntämistä", se voi myös "kääntyä nopeasti", "kääntyä väkivaltaisesti" ja jopa ylläpitää vakaata lähtöä eri kuormilla. Joten miten moottorin nopeutta (kierrosluvut) ja vääntömomentti (vääntömomentti) ohjataan? Voimme ymmärtää sen seuraavista näkökohdista:

 

Kello 1. Jännitteen, virran, nopeuden ja vääntömomentin välinen suhde

DC -moottorin lähtöominaisuudet liittyvät läheisesti tulojännitteeseen ja virtaan:

 

Jännite määrittää nopeuden

Lähtökohtana, että kuorma pysyy muuttumattomana, tasavirtamoottorin nopeus on suunnilleen verrannollinen jännitteeseen.

· Jännitteen vähentäminen → nopeuden vähentäminen

· Jännite kasvaa → nopeus kasvaa

 

Virta vaikuttaa vääntömomenttiin

Mitä suurempi virta, sitä voimakkaampi ampeerivoima syntyy kelan läpi ja sitä suurempi lähtömomentti.

· Lisää nykyistä → Lisää vääntömomenttia (mutta myös alttiimpi ylikuumenemiseen)

 

Siksi sähköajoneuvot vaativat enemmän virtaa kiihtyessä, kun taas virta vähenee vakiona vakiona.

 

2. Kuinka moottori "itsesääntelyä" kuormitus muuttuu?

Kun moottorin ohjaama kuorma tulee raskaammaksi (kuten kaksi sähköpolkupyörällä istuvaa ihmistä), roottorin liike kohtaa suuremman vastus ja nopeus vähenee luonnollisesti. Tällä hetkellä ankkurikelan takaosan elektromotiivivoima vähenee, aiheuttaen enemmän virtaa virtaamaan moottoriin, mikä lisää lähtömomenttia automaattisesti, vastustavat kuormaa ja ylläpitävät pyörimistä.

 

Tämä "mukautuva" mekanismi on yksi syy siihen, miksi DC -moottorit ovat erittäin käytännöllisiä.

 

3. PWM -ohjaus: Virtajännitekontrollin variaatio

Nykyisessä moottorin ohjauksessa virtalähteen jännitettä ei säädetä suoraan. Sen sijaan menetelmää nimeltään PWM (pulssin leveyden modulaatio) käytetään "muuttuvan jännitteen" vaikutuksen simulointiin.

 

Yksinkertaisesti:

Ohjain kytkeä virran päälle ja pois päältä nopeasti, jolloin moottori voi toimia korkeataajuisesti "on-off-off" -kytkinsyklissä.

Säätämällä "ON" -suhdetta (työsykli) voidaan simuloida erilaisia ​​keskimääräisiä jännitteitä.

 

Esimerkiksi:

50%: n työsykli ≈ puolijännitteen syöttö → nopeus on noin puolet täydestä nopeudesta

90%: n työsykli ≈ korkea jännitesyöttö → nopeus lähellä täyttä nopeutta

 

PWM: llä ei ole vain tarkka hallinta, vaan myös vähentää energian menetystä. Se on nykyaikaisten DC -moottorin ohjausjärjestelmien ydin.

 

 

Edellisessä sisällössä käytimme harjattua pysyvää magneetti DC -moottoria esimerkkinä työperiaatteen selittämiseksi, mutta itse asiassa "DC -moottori" ei ole yksi rakenne. Se voi vaihdella suunnittelumuodoissa, jotka perustuvat kommutointimenetelmiin, magneettikenttälähteisiin jne.

 

Joten toimivatko nämä erityyppiset DC -moottorit samalla tavalla? Mitkä ovat keskeiset erot? Katsotaanpa.

 

1. Harjattu vs. harjaton: erot kommutointimekanismeissa

Harjattu tasavirtamoottori

Kommitaatiomenetelmä: Luottaan mekaaniseen kommuttorin + harjaan nykyisen suunnan kääntymisen loppuun saattamiseksi.

Ominaisuudet: Yksinkertainen rakenne, helppo hallita, alhainen hinta, mutta harjat ovat helppo käyttää ja ne vaativat säännöllistä huoltoa.

 

Harjaton DC -moottori (BLDC)

Kommutointimenetelmä: Elektroninen kommutointi sijaintianturin ja ohjaimen kautta roottorin sijainnin määrittämiseksi ja virran kela.

Ominaisuudet: korkea hyötysuhde, pitkä käyttöikä, matala melu, sopivat skenaarioihin, jotka vaativat korkeaa suorituskykyä (kuten droonit, sähkötyökalut, sähköajoneuvot jne.).

 

Yhteenveto ydineroista:

projekti	Harjattu moottori	Harjaton moottori
Kommutointimenetelmä	Mekaaninen kommuttori	Elektroninen ohjaus
Huoltotiheys	korkea	Matala
Käyttöelämä	Suhteellisen lyhyt	Pidempi
maksaa	Matala	Suurempi
Valvontavaikeus	Matala	Keskipitkällä

 

14. Pysyvä magneetti vs viritys: eri magneettikentän lähteet

Pysyvä magneetti DC -moottori (PMDC -moottori)

· Magneettikentän lähde: Käytetään pysyviä magneetteja, stabiililla magneettikentällä ja kompaktilla rakenteella.

Edut: Pieni koko, korkea hyötysuhde, jota käytetään yleisesti mikromoottoreissa, kannettavissa laitteissa, sähköajoneuvoissa jne.

Haitat: Magneetissa on rajoitettu lämpövastus, eikä magneettikentän lujuutta voida säätää.

 

Innostunut DC -moottori

· Magneettikentän lähde: Magneettikenttä syntyy virityskelalla, joka voi olla sarjan viritys, rinnakkainen viritys, yhdistelmävirhe ja muut rakenteet.

Edut: Magneettikenttä on säädettävä, sopiva sovelluksiin, jotka vaativat suurta aloitusmomenttia tai muuttuvaa nopeutta, kuten teollisuuden nostolaitteet, hissit jne.

Haitat: monimutkaisempi rakenne, suurempi tilavuus, hiukan korkeampi energiankulutus.

 

Magneettikentän eron vertailu:

projekti	Pysyvä magneettimoottori	Viritysmoottori
Magneettikenttälähde	Pysyvät magneetit	Virityskela
Magneettikentän säädettävyys	Ei säädettävissä	Säädettävä
maksaa	Suhteellisen alhainen	Hieman korkeampi
Sovellusskenaario	Pieni ja kannettava	Teollisuus-, raskas työ

 

Vertailun vuoksi voidaan nähdä, että vaikka erityyppiset tasavirtamoottorit eroavat kommutointimekanismeissa ja magneettikenttälähteissä, niiden ydinperiaatteet ovat samat: käyttämällä magneettikentän virran kantavaa johtimeen kohdistettua voimaa vääntömomentin muodostamiseksi, siten kiertoa.

 

 

Tässä vaiheessa luulen, että sinulla on täydellinen käsitys Mikä DC -moottori on ja koko prosessi, miksi tasavirtamoottori voi pyöriä. Fyysisestä periaatteesta (Ampere's Law), avainkomponenttien (ankkurikela, kommuttori, harja) koordinoituun työhön erityyppisten moottorien (harja\/harjaton, pysyvä magneetti\/viritys) eroihin, voidaan sanoa, että DC -moottorit ovat tekniikka, joka "näennäisesti yksinkertainen, mutta sisältää hienostuneen suunnittelun".

 

 

Jos etsit tehokasta ja luotettavaa DC -moottoria projektillesi, miksi et ota meihin yhteyttä - VSD DC -moottorin valmistaja.

Keskitymme erilaisten DC -moottorien suunnitteluun ja mukauttamiseen, joka peittää harjatut, harjaton, pysyvä magneetti, vaihde, elektroninen ohjaus ja muut sarjat, joita käytetään laajasti älykkäissä kodinkoneissa, roboteissa, automaatiolaitteissa, lääketieteellisissä tarkkuuksissa ja muissa kentissä.

 

Edut:

Tukea räätälöityä kehitystä ja pientä eräkokeen tuotantoa

Riippumattoman patenttekniikan ja tiukan laadun sertifikaatin hallussapito

Palveli asiakkaita monissa maissa ympäri maailmaa

 

Ota rohkeasti yhteyttä tuotekirjoihin tai teknisiin neuvoihin. Se helpottaa moottorin valintaa ja projektiasi tehokkaampaa!